SYSTEME D'IMAGERIE A MODIFICATION DE FRONT D'ONDE ET PROCEDE D'AUGMENTATION DE LA PROFONDEUR DE CHAMP D'UN SYSTEME D'IMAGERIE La présente invention concerne un système d'imagerie à modification de front d'onde, ainsi qu'un procédé d'augmentation de la profondeur de champ d'un système d'imagerie. De façon générale, un système d'imagerie comprend un objectif et un détecteur d'image qui est placé dans un plan d'image de l'objectif. Le détecteur est usuellement une matrice d'éléments photosensibles, aussi appelés pixels. Il est relié à un système de mémorisation et de traitement d'image. L'objectif forme l'image d'une scène qui est présente dans un champ d'entrée du système, et le détecteur permet de saisir cette image. De tels systèmes d'imagerie sont, par exemple, des jumelles, des caméras, des appareils photographiques numériques ou des caméraphones, qui peuvent être adaptés pour former des images à partir de rayonnements visibles ou infrarouges produits par la scène. De façon connue, un objet de la scène apparaît net dans l'image qui est saisie si les rayons qui proviennent d'un même point de cet objet et qui traversent l'objectif convergent en un point qui est situé dans le plan du détecteur. Si les rayons convergent en avant ou en arrière du plan du détecteur, l'objet apparaît flou dans l'image. Dans le jargon de l'Homme du métier, un tel défaut de convergence est appelé défocalisation ( defocussing en anglais). En fait, une telle défocalisation peut avoir plusieurs causes, parmi lesquelles on peut citer : - des variations de la distance de séparation entre un objet de la scène et l'objectif, notamment lorsque la scène comprend plusieurs objets qui sont situés à des distances d'éloignement variables, avec des écarts pouvant atteindre 100 m (mètre) par exemple pour une distance de mise au point supérieure à 300 m. Dans ce cas, une -2- mise au point de l'objectif ne peut pas être obtenue pour toute la scène. La longueur de l'intervalle des variations de la distance d'éloignement d'un objet, pour lesquelles l'image de cet objet reste nette, est appelé profondeur de champ ; - des variations de position et/ou de caractéristiques optiques de certains composants de l'objectif lorsqu'une température d'utilisation du système d'imagerie varie, par exemple entre -40°C et 70°C ; - des déplacements du point de convergence des rayons qui sont issus d'un même point de la scène, le long de l'axe optique de l'objectif, en fonction de la longueur d'onde du rayonnement lorsque l'image de la scène est formée à partir de rayonnements qui ont des longueurs d'onde différentes. Cette cause de défocalisation est appelée chromatisme axial ; - l'image de la scène qui est formée par l'objectif est courbe, même si tous les objets de la scène sont situés dans un plan à une même distance d'éloignement de l'objectif. Cette cause de défocalisation est connue sous l'expression de courbure de champ. Certaines de ces causes de défocalisation peuvent être réduites par une conception appropriée de l'objectif. Ceci est le cas, notamment, des objectifs dits athermalisés pour lesquels différentes contributions à la défocalisation thermique se compensent entre elles. Il existe aussi des objectifs achromatiques, pour lesquels le chromatisme axial est réduit. Mais de tels objectifs sont plus complexes et particulièrement coûteux, notamment lorsqu'ils sont adaptés pour fonctionner dans un domaine de rayonnement infrarouge.
Pour proposer des systèmes qui sont moins sensibles à la défocalisation, quel qu'en soit la cause, il est possible d'augmenter la profondeur de champ, notamment en modifiant un front d'onde du rayonnement qui entre dans le système pour former l'image qui est saisie. Une telle technique est connue sous l'appellation wavefront codingTM . Elle consiste à introduire volontairement des retards de phase supplémentaires pour le rayonnement qui forme l'image. Ces retards varient entre des points différents d'un même front d'onde du rayonnement, pour augmenter la -3-profondeur de champ. Ils sont couramment réalisés à l'aide d'une lame de phase d'épaisseur variable qui est ajoutée à l'objectif, en étant placée dans une pupille de celui-ci. Alternativement, une surface d'un composant optique de l'objectif, tel qu'une lentille, un miroir ou un prisme, peut être modifiée pour réaliser les retards de modification du front d'onde. Mais les surfaces qui sont utilisées jusqu'à présent pour réaliser de telles modifications de front d'onde sont des surfaces complexes qui, en particulier, ne sont pas invariantes lors de rotations autour de l'axe optique correspondant. Elles nécessitent donc des outils d'usinage spécifiques, qui sont eux-mêmes complexes et onéreux. En outre, l'usinage de ces surfaces non-invariantes lors de rotations requiert de contrôler de nombreux paramètres géométriques, de sorte qu'il ne peut être effectué que par une personne spécialement qualifiée. Un but de la présente invention consiste alors à proposer un système 15 d'imagerie à modification de front d'onde, qui soit moins onéreux et moins complexe à réaliser que les systèmes déjà connus. Plus particulièrement, l'invention a pour but un système d'imagerie à modification de front d'onde, pour lequel la surface de modification du front d'onde est invariante par rotation. 20 Un autre but de l'invention consiste à pallier le mieux possible une défocalisation du système qui est provoquée par l'une au moins des causes suivantes : distance d'éloignement variable des objets de la scène, variations thermiques, chromatisme axial et courbure de champ. Pour cela, l'invention propose un système d'imagerie qui comprend : 25 - un objectif qui a un axe optique et une pupille, - un détecteur d'image qui est placé dans un plan d'image de l'objectif et qui est adapté pour saisir une image d'une scène formée par cet objectif, et - une unité de calcul qui est destinée à exécuter un traitement numérique 30 de l'image saisie par le détecteur. -4- L'objectif est adapté en outre pour modifier un front d'onde d'un rayonnement qui le traverse, de sorte qu'une fonction de réponse de l'objectif soit sensiblement constante pour un large intervalle de variation d'une distance de séparation entre des objets de la scène et l'objectif. De plus, l'unité de calcul 5 est adaptée de sorte que le traitement de l'image qui est saisie par le détecteur est basé sur des données de la fonction de réponse. Le système de l'invention est caractérisé en ce que la modification du front d'onde correspond à un effet d'un dioptre qui est situé dans une partie au moins de la pupille de l'objectif. Ce dioptre est invariant lors de rotations 10 quelconques autour de l'axe optique de l'objectif et a un décalage longitudinal qui correspond à l'un des profils S(u) suivants, avec un écart maximal inférieur à 5% en valeur absolue par rapport à ce profil : S(u)=Ao.u.(u-1).(A.u'+B.u+C)+So(u) (1) où u = r/R, r étant la distance radiale dans la pupille et R le rayon de cette 15 pupille, _ 4(3û3+2a(3((3û1)' A R~(~_1)z B P Pû1)' a, [3 et Ao étant des paramètres de sélection du profil, qui sont compris dans les intervalles suivants : [1, 0 ; 6,0] pour a, 20 [0,42 ; 0,74] pour [3, et [1,5-À/(n-1) ; 7,5.À/(n-1)] pourAo considéré en valeur absolue, À étant une longueur d'onde du rayonnement qui forme l'image et n étant un indice de réfraction optique du dioptre pour cette longueur d'onde. So(u) est une contribution au profil du dioptre qui correspond à une 25 courbure constante de celui-ci. Dans le cadre de la présente invention, on entend par courbure constante une courbure qui présente une valeur uniforme sur le dioptre. Cette valeur peut être éventuellement nulle. Une telle courbure constante peut modifier la position du plan d'image de l'objectif. Ainsi, le dioptre de modification de front d'onde qui est proposé dans et C = -a -5- l'invention présente l'un des profils S(u) et est invariant lors de rotations quelconques autour de l'axe optique de l'objectif. Autrement dit, ce dioptre est à symétrie de révolution, c'est-à-dire qu'il apparait identique à lui-même quand il est tourné d'un angle quelconque autour de l'axe optique. Ce dioptre peut alors être usiné simplement, notamment à l'aide d'une machine d'usinage à deux axes. Une telle machine met en rotation, autour de l'axe de symétrie de révolution, l'un des composants optiques de l'objectif qui doit être usiné conformément au profil S(u). Une telle machine d'usinage est couramment disponible, simple d'utilisation, tout en permettant un usinage très précis. Par conséquent, un système d'imagerie selon l'invention peut être fabriqué avec un prix de revient qui est réduit. Ce peut donc être, notamment, un système d'imagerie qui est destiné à être fabriqué en grande série, tel qu'un système d'équipement individuel. Par exemple, le système d'imagerie peut comprendre une paire de jumelles à rayonnement infrarouge.
En particulier, la modification du front d'onde peut être au moins partiellement apportée par une surface d'une lentille, d'un miroir ou d'un prisme de l'objectif. Elle peut aussi être réalisée par une lame de phase qui est ajoutée au système d'imagerie. Dans ce cas, la lame de phase est avantageusement située dans la pupille de l'objectif, de façon à modifier le front d'onde d'une façon qui est sensiblement identique, au premier ordre, pour tous les points du champ d'entrée de l'objectif. Eventuellement, le profil S(u) peut être réparti sur plusieurs composants optiques de l'objectif. Il peut aussi être réparti entre une lame de phase spécifique et un ou plusieurs composants optiques de l'objectif.
Etant donné que la fonction de réponse de l'objectif est sensiblement constante pour un large intervalle de variation de la distance de séparation entre les objets de la scène et l'objectif, la profondeur de champ du système d'imagerie est augmentée. En particulier, l'invention peut permettre d'augmenter la profondeur de champ du système d'un facteur supérieur à trois, voire supérieur à cinq. Pour cette raison, l'invention est particulièrement avantageuse lorsque l'objectif est du type à distance focale fixe. En effet, la position fixe du détecteur -6- par rapport à l'objectif est palliée par l'augmentation de la profondeur de champ. Un premier avantage de l'invention provient de la capacité des profils S(u) selon l'invention à réduire, en plus de défocalisations qui sont causées par des dépassements de la profondeur de champ, certaines autres défocalisations qui peuvent être causées par des variations de la température du fonctionnement du système, et/ou qui peuvent être causées par du chromatisme axial ou de la courbure de champ de l'objectif. Un second avantage de l'invention réside en ce que l'encombrement du système d'imagerie n'est pas augmenté par rapport à un système analogue sans modification de front d'onde. En particulier, un système selon l'invention est moins encombrant et moins complexe qu'un système à objectif athermalisé ou achromatique. En outre, l'ouverture numérique de l'objectif n'est pas augmentée, de 15 sorte que la sensibilité du système reste élevée. Un troisième avantage de l'invention réside dans le traitement numérique de l'image saisie, qui est effectué par l'unité de calcul. Ce traitement peut utiliser un filtre de déconvolution qui est unique. Ce filtre unique peut être appliqué à partir de chaque point d'image associé à un pixel du détecteur. En 20 effet, grâce à l'invention, le filtre peut être indépendant dans une large mesure de la distance d'éloignement des objets qui sont visualisés par le système d'imagerie. L'unité de calcul peut alors être plus simple, et le temps de traitement de chaque image est court. En particulier, le traitement de chaque image peut être réalisé en temps réel, même pour des changements d'image 25 qui sont rapides. De préférence, le dioptre équivalent qui est situé dans la pupille de l'objectif possède un décalage longitudinal qui correspond à l'un des profils S(u) avec un écart maximal qui est inférieur à 2 % en valeur absolue, par rapport à ce profil. L'image qui est délivrée par l'unité de calcul présente alors 30 une netteté encore supérieure, pour de grandes variations de la distance d'éloignement des objets de la scène. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dioptre peut -7- être à zones concentriques. Dans ce cas, une zone centrale du dioptre possède le décalage longitudinal du profil S(u), avec un écart maximal qui est inférieur à 5 %, voire 2 %, en valeur absolue par rapport à ce profil. Enfin, pour un système d'imagerie conforme à l'invention, la longueur d'onde du rayonnement qui forme l'image peut appartenir à l'une des trois bandes suivantes : [0,4 pm ; 1,1 pm] qui correspond aux domaines de la lumière visible et de l'intensification lumineuse, [1,8 pm ; 2,5 pm] qui correspond à la bande IR1, [3 pm ; 5 pm] qui correspond à la bande IR2, et [7 pm ; 13,5 pm] qui correspond à la bande IR3 étendue.
L'invention propose aussi un procédé d'augmentation d'une profondeur de champ d'un système d'imagerie lorsque ce système comprend : - un objectif qui a un axe optique et une pupille, - un détecteur d'image qui est placé dans un plan d'image de l'objectif et qui est adapté pour saisir une image d'une scène formée par cet 15 objectif, et - une unité de calcul qui est destinée à exécuter un traitement numérique de l'image saisie par le détecteur. Ce procédé comprend les étapes suivantes : - adapter l'objectif pour modifier un front d'onde d'un rayonnement qui le 20 traverse de sorte qu'une fonction de réponse de l'objectif devienne sensiblement constante pour un large intervalle de variation d'une distance de séparation entre des objets de la scène et l'objectif, et - adapter l'unité de calcul pour traiter l'image qui est saisie par le détecteur en utilisant des données de la fonction de réponse. 25 Le procédé est caractérisé en ce que la modification du front d'onde correspond à l'effet d'un dioptre qui serait placé dans une partie au moins de la pupille de l'objectif, qui serait invariant lors d'une rotation quelconque autour de l'axe optique de l'objectif et qui aurait un décalage longitudinal correspondant à l'un des profils S(u) décrits plus haut. La concordance entre le dioptre et le 30 profil S(u) correspond à un écart de profil maximal qui est inférieur à 5 %, de préférence inférieur à 2 %. -8- En particulier, lorsque le paramètre Ao est choisi sensiblement égal à 2,5.À/(n-1), la profondeur de champ du système est sensiblement augmentée d'un facteur cinq par rapport au même système sans la modification du front d'onde correspondant au dioptre de profil S(u) situé dans la pupille.
L'adaptation de l'objectif pour modifier le front d'onde peut comprendre une modification d'au moins une surface initiale d'une lentille, d'un miroir ou d'un prisme de cet objectif. Cette modification de surface de la lentille, du miroir ou du prisme est à symétrie de révolution. Elle peut donc être réalisée simplement et de façon peu onéreuse.
L'adaptation de l'objectif peut comprendre alternativement, ou en combinaison, l'ajout d'une lame de phase. Une telle lame de phase peut aussi être à symétrie de révolution. Elle est alors avantageusement ajoutée dans la pupille de l'objectif. Par ailleurs, l'adaptation de l'objectif peut être équivalente à l'effet d'un dioptre à zones concentriques, dont la zone centrale possède le décalage longitudinal du profil S(u), avec un écart maximal qui est inférieur à 5 % en valeur absolue par rapport à ce profil, voire inférieur à 2 %. L'invention propose enfin d'utiliser un procédé d'augmentation de la profondeur de champ d'un système d'imagerie, tel que décrit précédemment, pour un système qui fonctionne à une longueur d'onde de rayonnement appartenant à l'une des trois bandes [0,4 pm ; 1,1 pm], [1,8 pm ; 2,5 pm], [3 pm ; 5 pm] et [7 pm ; 13,5 pm]. En particulier, ce système peut comprendre une paire de jumelles à rayonnement infrarouge et/ou posséder un objectif à distance focale fixe.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de fonctionnement d'un système d'imagerie auquel l'invention peut être appliquée ; - la figure 2 représente une lame de phase qui peut être utilisée pour réaliser l'invention ; -9- - la figure 3 est un diagramme de profil pour la lame de phase de la figure 2, - la figure 4 illustre une interprétation de l'invention ; et - la figure 5 est un diagramme de validation de profils sélectionnés selon 5 l'invention. Pour raison de clarté, on supposera dans la suite que le profil S(u) ne comprend pas de contribution additionnelle correspondant à courbure uniforme. Ainsi, dans la description ci-dessous, So(u)=0, sauf mention du contraire. 10 Conformément à la figure 1, un système d'imagerie 10 auquel l'invention est appliquée comprend un objectif 1, un détecteur 2, une unité de calcul 3 et une unité d'affichage 4. L'objectif 1 est représenté, de façon simplifiée, par une unique lentille convergente, mais il est entendu qu'il peut avoir une structure plus complexe, notamment à base de plusieurs lentilles, 15 miroirs et/ou prismes. Le détecteur 2, qui est constitué d'une matrice d'éléments photosensibles, ou pixels, est superposé à un plan de formation d'image de l'objectif 1. Il est perpendiculaire à l'axe optique X-X de l'objectif. Lorsque le système 10 est conçu pour visualiser des objets qui sont éloignés par rapport à l'objectif 1, le détecteur 2 est situé sensiblement au niveau du 20 foyer image de l'objectif 1, noté Fi. Le détecteur 2 est relié électriquement à l'unité de calcul 3, notée CPU, de sorte que des signaux électriques qui sont produits par les pixels du détecteur 2 peuvent être traités numériquement. Enfin, l'unité de calcul 3 est elle-même reliée à l'unité d'affichage 4, notée DISPLAY , qui permet de visualiser les images saisies par le détecteur 2 et 25 traitées par l'unité 3. L'unité 4 peut être, par exemple, un afficheur à cristaux liquides. Le système 10 peut être, par exemple, une paire de jumelles infrarouges. Dans ce cas, il peut comprendre en outre un système d'oculaire 5, qui est placé devant l'unité d'affichage 4. 30 En fait, la position d'éléments d'une image qui est formée par l'objectif 1, le long de l'axe X-X, varie en fonction d'une distance d'éloignement D de chaque objet d'une scène qui se trouve devant l'objectif 1. Par exemple, sur la -10- figure 1, la scène S comprend un véhicule V et un personnage P, ce dernier étant plus proche de l'objectif 1 que le véhicule V. Si l'objectif est calibré pour que l'image du véhicule V soit formée sur la surface sensible du détecteur 2, au point FI, alors l'image du personnage P est formée derrière la surface sensible du détecteur, au point F2. Les images du véhicule V et du personnage P sont alors respectivement nette et floue. L'objectif 1 possède au moins une pupille, qui peut être une pupille d'entrée. De façon connue, une pupille est un diaphragme qui limite l'ouverture de l'objectif. Autrement dit, la pupille limite transversalement un faisceau de rayonnement qui provient d'un point de la scène S et qui entre dans le système 10. Elle limite donc la luminosité de l'image qui est formée par l'objectif 1. A titre d'illustration sur la figure 1, la pupille la de l'objectif 1 est constituée par la monture de la lentille. On désigne couramment par ouverture numérique N, le quotient de la distance focale de l'objectif 1 par le diamètre de la pupille d'entrée la. La sensibilité du système d'imagerie pour des faibles intensités de rayonnement est d'autant plus grande que l'ouverture numérique N est petite. La profondeur de champ est la largeur de l'intervalle des variations de la distance d'éloignement D d'un objet qui est visualisé, pour lesquelles l'image de cet objet qui est délivrée par le système d'imagerie 10 est nette. Pour un système d'imagerie sans modification de front d'onde, elle est déterminée par la dimension de la tâche d'Airy qui correspond à l'image d'un point, et/ou par la taille des pixels du détecteur 2. Dans le premier cas, la profondeur de champ exprimée comme l'intervalle le long de l'axe X-X dans lequel le détecteur peut être placé est égale à +/-2.À.N2, où À est la longueur d'onde du rayonnement et N est l'ouverture numérique N de l'objectif. Dans le mode particulier de réalisation de l'invention qui est décrit, la profondeur de champ du système d'imagerie 10 est augmentée lorsque l'on ajoute à l'objectif 1 une lame de phase 6 (figure 2). Celle-ci est symétrique lors d'une rotation quelconque autour d'un axe Y-Y. L'axe Y-Y est donc perpendiculaire à la lame 6, et coupe celle-ci en un point central noté O. La lame 6 possède un bord périphérique circulaire, avec un rayon qui est noté R. -11- Elle possède en outre une épaisseur qui varie en fonction de la distance radiale par rapport à l'axe Y-Y. Cette distance radiale est notée r, et u désigne le rapport r/R. Autrement dit, u est la distance radiale normalisée par rapport au rayon R de la lame 6. On suppose que la lame 6 possède une face plane, par exemple sa face inférieure sur la figure 2, et une face supérieure à relief. La variation de l'épaisseur de la lame 6, entre le centre O et un point qui est situé à la distance radiale normalisée u, est S(u). Autrement dit, S(u) est le profil du dioptre que constitue la face supérieure de la lame 6. La lame 6 est constituée d'un matériau transparent pour le rayonnement qui forme l'image de la scène S sur le détecteur 2. On désigne dans la suite par À une longueur d'onde de ce rayonnement, et par n l'indice de réfraction du matériau de la lame 6 pour cette longueur d'onde. La lame 6 est placée dans la pupille la de l'objectif 1, c'est-à-dire contre la lentille unique de celui-ci lorsque l'objectif 1 possède la configuration simplifiée de la figure 1. Elle est positionnée de sorte que l'axe Y-Y de la lame 6 est superposé à l'axe optique X-X de l'objectif 1. Pour ne pas réduire l'ouverture numérique N du système d'imagerie 10, le rayon R est au moins égal au rayon de la pupille la. Selon l'invention, une telle disposition de la lame 6, qui est symétrique par rotation, augmente la profondeur de champ du système d'imagerie 10 lorsque le profil S(u) correspond à l'un des profils théoriques caractérisés par la formule (1). Le facteur multiplicatif de l'augmentation de la profondeur de champ du système 10 peut être supérieur à trois, voire supérieur ou égal à cinq, en fonction de l'amplitude du profil S(u) et de l'écart entre le profil réel de la lame 6 et le profil théorique. La figure 3 est un diagramme qui montre les variations de l'un des profils théoriques S(u) de la formule (1), lorsque le terme de courbure constante So(u) est nul. L'axe d'abscisse repère la distance radiale normalisée u, et l'axe d'ordonnée repère les variations de S(u), c'est-à-dire les variations théoriques de l'épaisseur de la lame 6. u est sans unité et varie entre 0 et 1. Conformément à ce diagramme, les paramètres de sélection des profils théoriques S(u) de la formule (1) ont les significations suivantes : -12- - a est la pente du profil S(u) au centre O de la lame 6, c'est-à-dire pour uégal à0; - j3 est la valeur de la distance radiale normalisée u pour laquelle le profil passe par une valeur maximale, lorsque qu'aucune courbure 5 supplémentaire n'est superposée au profil S(u) - Ao est la valeur maximale du profil S(u) lorsque u est égale à 13 ; et - So(u) est un terme de courbure uniforme, dont les variations sont superposées au profil S(u) de la figure 3. Les inventeurs ont déterminé que le paramètre a devait être compris 10 entre 1,0 et 6,0, le paramètre f3 entre les valeurs 0,42 et 0,74, et la valeur absolue du paramètre Ao entre [1,5.À/(n-1) ; 7,5.À/(n-1)] pour obtenir une augmentation de la profondeur de champ du système d'imagerie 10. En particulier, lorsque Ao est égal à 2,5.À/(n-1), l'ajout de la lame 6 au système 10 augmente d'un facteur 5 la profondeur de champ par rapport à la valeur pour le 15 système 10 sans la lame de phase 6. Selon une interprétation des inventeurs, les profils S(u) qui sont caractérisés par la formule (1) ont la propriété remarquable que l'éclairement le long de l'axe X-X qui est produit, à travers l'objectif 1 muni de la lame 6, par une source ponctuelle située sur cet axe loin devant l'objectif 1 est constant de 20 part et d'autre du foyer image FI de l'objectif 1. Plus précisément, ces profils S(u), associés aux intervalles indiqués pour a, f3, et A0, assurent que cet éclairement est constant lors d'un déplacement longitudinal sur l'axe X-X d'une longueur inférieure à 10-À-N2 de part et d'autre du foyer Fi. A titre de comparaison, la profondeur de champ du système 10 sans lame 6, ramenée 25 dans l'espace image, correspond à des déplacements de part et d'autre du foyer image FI, sur l'axe X-X, qui sont inférieurs 2.À.N2. La figure 4 illustre la transformation, par l'objectif 1 munie de la lame 6, d'une onde plane qui est produite par une source ponctuelle (non représentée) située loin devant l'objectif 1. L'éclairement en un point quelconque de l'axe X- 30 X, qui est situé entre les points extrêmes P et Q, provient d'une couronne de la lame 6, centrée sur l'axe X-X, qui a une épaisseur radiale adaptée pour que cet éclairement soit le même que celui qui est produit en un point voisin de l'axe X- -13- X par une couronne adjacente de la lame 6. Pour faciliter la compréhension, on a noté Z1, Z2 et Z3 trois couronnes concentriques de la lame 6 qui produisent respectivement des éclairements concentrés aux points P, F, et Q. FI est le foyer image de l'objectif 1, et P et Q sont chacun distants de FI de la distance 10.À.N2, en étant situés en avant et en arrière de Fi. Dans la réalité, les zones Zl, Z2 et Z3 doivent être imaginées comme étant infinitésimales. L'épaisseur variable de la lame 6, en fonction de la distance radiale r, produit localement un dioptre incliné à la surface de la lame. Ce dioptre dirige les rayons qui traversent la lame à la distance r de l'axe X-X vers un point de cet axe qui est situé entre les points extrêmes P et Q. De cette façon, la lame 6 réalise un ajustement du point de convergence des rayons qui la traverse, en fonction de la distance des points d'impact de ces rayons sur la lame. Cet ajustement produit un éclairement entre les points P et Q qui est sensiblement constant lorsque la lame 6 possède l'un des profils S(u) de la formule (1). Dans la formule (1), le terme Ao.u.(u-1)-(A-u2+B-u+C) du profil S(u) correspond à la variation d'épaisseur de la lame 6 qui, selon l'invention, rend constant l'éclairement produit par une source ponctuelle sur l'axe optique X-X entre les points P et Q. Le profil S(u) peut comprendre en outre le terme de courbure uniforme So(u) qui est indiqué dans la formule (1). La prise en compte d'une courbure générale uniforme de la lame 6 a pour conséquence de modifier, par rapport au paramètre 1:3, la valeur de u pour laquelle le profil S(u) est maximal. Il traduit un effet supplémentaire de lentille créé par la lame 6, qui s'ajoute à celui de l'objectif 1 sans lame 6.
Les inventeurs ont constaté en outre que, lorsque le profil de la lame 6 correspond à la formule (1), la fonction de réponse impulsionnelle de l'objectif 1 muni de la lame est sensiblement constante, quelque soit la position d'une source de rayonnement dans la scène S. Dans le cadre de l'invention, on appelle fonction de réponse impulsionnelle, ou PSF pour Point Spread Function en anglais, la répartition de l'éclairement que produit, dans le plan de la surface sensible du détecteur 2, une source ponctuelle P qui appartient à la scène S et qui est située à très grande distance de l'objectif 1. Autrement dit, - 14 - deux points quelconques de la scène S, qui peuvent être situés à des positions différentes le long de l'axe X-X et/ou décalées transversalement de façons différentes par rapport à cet axe, à l'intérieur du champ d'entrée du système 10, produisent des éclairements qui sont similaires sur le détecteur 2. On entend par éclairements similaires des répartitions d'éclairement qui sont identiques sur le détecteur 2 à un facteur multiplicatif d'intensité près, tout en étant centrées en des points différents. Ainsi, de façon remarquable, l'invariance de l'éclairement qui est créé entre les points P et Q de l'axe X-X par une source ponctuelle, selon l'invention, a pour conséquence l'invariance de la fonction de réponse impulsionnelle quelque soit la position de la source ponctuelle dans le champ d'entrée. L'unité de calcul 3 peut alors appliquer une même fonction de démodulation, ou filtre, à tous les points de l'image qui est saisie par le détecteur 2, pour compenser la réponse impulsionnelle de l'objectif 1 muni de la lame 6. Une résolution améliorée de l'image qui est affichée par l'unité 4 est ainsi obtenue, par rapport à la même image sans traitement numérique, bien que ce traitement soit simple et constant. Une validation de l'invention a été effectuée par les inventeurs de la façon suivante, par simulations numériques. Des profils initiaux à symétrie de révolution ont été générés pour la lame 6, qui correspondent à des polynômes de degré quatre par rapport à u. Les coefficients de chacun de ces polynômes ont ensuite été optimisés, de sorte que l'éclairement produit sur l'axe X-X entre les points P et Q soit constant pour une source ponctuelle qui appartient à la scène S. Ils ont alors déterminé, pour chacun de ces profils optimisés, la pente au centre O de la lame 6, ainsi que la distance radiale et l'amplitude du maximum d'épaisseur de la lame. Ces valeurs ont ensuite été identifiées aux paramètres a, [3 et Ao de la formule (1). Ainsi, un profil théorique de la formule (1) a été associé à chaque profil optimisé. Les inventeurs ont alors constaté que chaque profil optimisé était très proche du profil théorique correspondant. La figure 5 illustre cette validation, en montrant, pour un grand nombre de profils optimisés, l'écart relatif entre le profil optimisé et le profil théorique. Sur cette figure, l'axe d'abscisse repère les valeurs de la distance radiale normalisée u, et l'axe des ordonnées repère, pour chaque profil optimisé Sopt, la valeur du quotient [Sopt(u)-S0,R,Ao(u)]/ Sa,R,Ao(u). Cet écart relatif est inférieur à -15-0,4%, quelque soit le profil optimisé obtenu. Il est entendu que de nombreuses modifications peuvent être introduites par rapport au mode de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit. Parmi celles-ci, on peut citer les suivantes : - la lame de modification du front d'onde peut être placée en dehors de la pupille de l'objectif, sous réserve que son profil soit adapté pour obtenir une modification identique du front d'onde dans la pupille. Les inventeurs précisent que la lame placée en dehors de la pupille possède encore une symétrie de révolution ; - la modification du front d'onde selon l'invention peut être réalisée par l'intermédiaire d'un composant optique initial de l'objectif 1, sans ajouter de lame de phase. Ce composant peut être une lentille, un miroir ou un prisme, notamment. Dans ce cas, le profil d'une face du composant est modifié d'une façon qui est équivalente optiquement au profil S(u) situé dans la pupille de l'objectif ; - lorsque la modification de profil est appliquée à une face d'un composant optique initial de l'objectif 1, cette face peut être initialement asphérique. La modification constitue alors une composante supplémentaire du profil de cette face, qui correspond à la modification du front d'onde selon l'invention. Seule cette composante supplémentaire de profil présente alors la symétrie de révolution ; - le profil S(u) peut être appliqué à une partie seulement d'une lame de phase ou d'un composant optique de l'objectif 1, de sorte qu'il n'a d'effet que pour une partie du faisceau de rayonnement qui pénètre dans l'objectif. Eventuellement, le profil S(u) peut être appliqué à une couronne seulement d'un composant optique, qui est centrée par rapport à l'axe optique de l'objectif. De préférence, une telle couronne est centrale, c'est-à-dire qu'elle s'étend continûment entre l'axe optique X-X et un rayon maximal qui est inférieur à celui du faisceau de rayonnement au niveau du composant optique ; et - enfin, le profil S(u) de la lame 6 peut être converti en un profil de -16- variation de l'indice de réfraction n de celle-ci. En effet, il est connu qu'une variation d'épaisseur d'un matériau réfractif est équivalente à une variation de l'indice, selon la formule de correspondance : An(u) = (n-1).S(u)/e, où n et e sont respectivement l'indice moyen et l'épaisseur nominale de la lame 6, et An(u) est l'écart par rapport à la valeur nominale n de l'indice de réfraction de la lame pour la valeur u de la distance radiale normalisée.